基于語音識別的家庭服務機器人設計

摘 要：“家庭服務機器人”是基于語音識別技術對非特定用戶語音的識別，來實現智能控制。我國人口眾多，有很多行動不便的老人、殘疾人，因此家庭服務機器人有著非常大的市場需求，同時也為我國人口老齡化帶來了新的希望，因此開展這方面的研究有著非常重要的社會意義。

關鍵詞：語音控制；家庭服務

中圖分類號：TN912 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

一、概述

語音識別技術走向家庭領域不是偶然的、孤立的，它的發展與電子技術、智能技術、通信技術等多學科的發展息息相關。在未來，基于語音識別的人機對話也將得到進一步發展。本設計主要以IAP15F2K61S2芯片為主控核心[1]，通過語音識別技術控制家庭服務機器人，完成指定動作。機器人在自行啟動完成指定動作后，可以執行簡單的家庭服務任務。

二、基于語音識別的家庭服務機器人硬件結構圖

該系統的主要硬件結構有：單片機主控芯片、語音模塊、機械體小車模塊、機械臂模塊和電源模塊等[2]。

（一）語音識別模塊

語音模塊由LD3320 ASR非特定語音識別芯片組成，通過對非特定用戶語音的識別，從而實現輕松的語音控制。語音識別芯片完成的工作原理：把通過MIC 輸入的聲音進行頻譜分析→提取語音特征→和關鍵詞語列表中的關鍵詞語進行對比匹配→找出得分最高的關鍵詞語作為識別結果輸出。模塊主要有兩種工作模式：（1）實現語音對話；（2）實現語音控制。

（二）機械臂及車體

（1）機械臂：采用型號為CDS5516的舵機進行設計，該舵機工作時具有兩種模式，在伺服模式下可以轉0-300°；在電機模式下可以進行調速，被當作電機使用。且具有一定扭力，適合安裝在機器人關節（機械臂）；（2）車體：車體（主要使用57BYGH56減速步進電機）用來承載機械臂，將機械臂移動到目標附近，實現的運動功能主要有前進、后退、左右轉向、停止以及抓取物體等動作[4]。

三、基于語音控制的家庭服務機器人軟件設計

語音控制系統的設計：用“ASR設置器”軟件將語音指令的拼音和返回值編寫到語音模塊中，在SD卡根目錄下放入以此返回值命名的音頻文件，用戶進行語音控制時，語音模塊模會識別到語音指令后會自動播放SD卡中命名與語音指令返回值相同的音頻文件，同時從串口輸出返回值，用單片機接收此返回值并做處理即可做成語音控制系統。

四、工作模式

（一）人機對話模式

如：通過PC機向“ASR設置器”寫入“小白”的拼音：xiao bai。給拼音“xiao bai”自由定義一個返回值，假設為“11”。將制作好回答的語音文件放進SD卡中，將文件名改成“0011.WAV”。假如語音文件0011.WAV的內容為：“聽到”。用戶講“小白”時。模塊識別到后會自動播放語音文件0012.WAV“聽到”，完成用戶與機器的互動任務。

（二）語音控制模式

當用戶講“小白”。模塊識別到后會自動播放語音文件0012.WAV“聽到”，同時從串口輸出數字“11”。主控IAP15F2K61S2芯片利用串口接收到“11”后，將返回值作進一步處理，此時機器處于等待狀態。當用戶講其他語音指令時，系統會重復上述過程，通過串口得到不同的返回值，不同的返回值對應著不同的任務程序[3]。比如用戶講“前進”時，系統會控制步進減速電機轉動實現前進動作。

五、結束語

該設計主要是模擬家庭環境，通過語音控制家庭服務機器人完成指定動作。機器人在自行啟動并完成指定動作后，可以執行簡單的家庭服務任務。該設計主要以IAP15F2K61S2芯片為主控核心，通過對非特定用戶語音的識別，實現智能控制。在實際生活中，它能夠成為老人、殘疾人等的得力助手，也可以在其他領域（軍事、商業、教育）得到廣泛的應用，將人們的生活進一步智能化。

參考文獻：

[1]李全利.單片機原理及接口技術[M].北京：高等教育出版社，2009：163-218.

[2]艾山.智能機器人結構設計及控制研究[D].哈爾濱工程大學，2013：26-32.

[3]李瑞峰.移動式作業型智能機器人的研制[J].機器人技術與應用，2003.

[4]王志新，羅文廣.電機控制技術[M]. 北京：機械工業出版社，2011：34-116.

[作者簡介]李景（1992.06-），男，重慶人，本科在讀，研究方向：無線通訊技術；指導老師：王彩霞，王濤。

[基金項目]西北民族大學2014年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：201410742016）。